东莞市测绘院 523000
摘要：随着计算机与测绘技术的飞速发展，基于嵌入式计算机、无线网络技术及 GPS 定位技术的移动地理信息数据采集系统已趋于成熟。与传统的野外空间数据采集方式相比，移动地理信息数据采集系统不仅携带方便，而且减少了人力及物力资源，更重要的是采集的数据是“现测现显”的，大大提高了工作效率。基于定位技术的移动地理信息数据采集系统已趋于成熟。与传统的野外空间数据采集方式相比，移动地理信息数据采集系统不仅携带方便，而且减少了人力及物力资源，更重要的是采集的数据是“现测现显”的，大大提高了工作效率。本文基于 GPS 和 和 GIS 技术的地理信息数据采集手段，利用移动地理信息数据采集方法和网络地理信息系统技术，以面向地理信息对象的思想，研究和设计了基于技术的地理信息数据采集手段，利用移动地理信息数据采集方法和网络地理信息系统技术，以面向地理信息对象的思想，研究和设计了基于 GPS 与 与 PDA 的网络数字测图系统的研究。
关键词：网络测图；移动测图；数字测图；GPS；PDA
0 前 言
字测图系统是以计算机为核心，连接测量仪器的输入、输出设备，在硬、软件的支持下，对地面地形空间数据进行采集、输入、编辑、成图、输出、管理的测绘系统。数字测图由于空间数据源的不同，数据采集所采用的仪器和方法也不同，主要有三种：野外数据采集，原图数据采集，数字摄影。原图数字化从时效性和精度方面无法与野外实测相媲美，航片数据采集对于小区域测图或建立小型 GIS 系统而言，成本价值难以承受，因此，在空间数据采集、动态更新，特别是在城市建设所需的大比例尺空间数据获取方面，野外实测的地位是不可动摇的。GPS 定位技术为野外数字测图提供了有力、高效的保证。由于 GPS 定位技术具有高精度、全天候、测站点无需保持通视等优点。所以 GPS 定位技术已基本取代传统方法用来建立平面控制网，而且利用 GPS 可以快速准确的测定图根点、碎部点的坐标和高程。极大的提高野外数字测图的工作效率。因此，可以预见基于 GPS 定位技术的数字测图将成为地理信息数据获取技术的主要趋势。
掌上电脑（PDA）是近年来发展迅速的移动式便携计算机，内置强大的嵌入式 WindowsCE 操作系统，提供内嵌式开发环境用以程序设计。掌上电脑不仅具备良好的软硬件可扩充能力，同时还具备移动性，这为 GIS 数字测图带来了极大的方便性和实用性。而且PDA 的 GPRS 无线通讯网络技术的不断发展为空间数据的实时更新提供了保障，这样野外的数字测图成果可以通过网络实时的传回空间数据库服务器，供用户使用。
1 国内外研究状况
1.2 数字测图技术的发展
数字测图首先是由机助地图制图开始的。 机助地图制图技术酝酿于20世纪50年代。到 70 年代末和 80 年代初自动制图主要包括数字化仪、扫描仪、计算机及显示系统四部分，数字化仪数字化成图成为主要的自动成图方法。20 世纪 50 年代末，航空摄影测量都是使用立体测图仪及机械连动坐标绘图仪，采用模拟法测图原理，利用航测像对测绘出线划地形图。到 60 年代就有了解析测图仪。80 年代末、90 年代初，又出现了全数字摄影测量系统。大比例尺地面数字测图，是 20 世纪 70 年代在轻小型、自动化、多功能的电子速测仪问世后，在机助制图系统的基础上发展起来的。
1.3 基于 PDA 与 GPS 的网络数字测图概况
随着现代测量技术的迅速发展，传统的数字测图系统使用起来不但采集速度慢，效率不高，而且成图还需要在室内完成，所以工作持续的时间比较长，不能满足当前地理信息建设对数据实时更新的要求。虽然具有数据采集功能的移动 GIS 可以采集坐标点，但是大多数都不能成图，或者可以在在移动终端成图但又不能实时将数据传送回服务器端供用户使用。 论文提出的网络数字测图框架主要是在以 PDA 与 GPS 为硬件设备，在 Windows Mobile 5.0 的平台上利用 ArcGIS Server Mobile SDK 开发移动终端的测图系统，在服务器端，使用 ArcGIS Server 将建立好的空间数据库发布为地图服务，在客户端，使用以 GPS 与 PDA 为硬件的移动终端进行野外测图，并将成图好的数据通过 PDA的GPRS通讯功能实时传回服务器端的空间数据库，实现野外数字化系统的一体化作业，既节省了人力、物力资源，更加节省了作业时间，提高了野外数字化测图工作的效率。
2 数字测图原理
2.1 数字测图的产生和特点
传统的地形测量是利用测量仪器对地球表面局部区域内的各种地物、地貌特征点的空间位置进行测定，以一定的比例尺并按图示符号绘制在图纸上，即通常所称的白纸测图。这种测图方法的实质是模拟法或图解法测图，在测图过程中将测得的各类观测值，用模拟方法转化为图形，在这种转化过程中数字的精度由于受缩距、刺点、绘图、图纸伸缩变形的影响会大大降低，而且工序多、劳动强度大、质量管理难。
数字测图实质上是一种全解析机助测图方法，在地形测量的发展过程中它应该是一种带有根本性的技术变革，这种变革的主要表现在：图解法测图的最终成果是地形图，图纸是地形信息
的唯一载体；数字测图地形信息的载体是计算机的存储介质（磁盘或光盘），其提交的成果是可供计算机处理、远距离传输、多方共享的数字地图软盘或数据。通过数控绘图仪可输出数字地形图。
数字地图是以数字形式存储在磁盘或光盘上，用以表达地物、地貌特征点的空间集合形态。数字测图与图解法测图相比，以其特有的高自动化、全数字化、高精度的显著优势而具有无限广阔的发展前景，具体表现为：
（1）实现了大比例尺测图的高度自动化；
（2）实现了大比例尺测图的数字化；
（3）实现了大比例尺测图的高精度、低耗费。
2.2 数字测图系统
数字测图系统是以计算机为核心，连接测量仪器的输入、输出设备，在硬件、软件的支持下，对地面地形空间数据进行采集、输入、编辑、成图、输出、管理的测绘系统，如图：
（一）地形数据采集
数字测图系统由于空间数据来源不同、数据采集所采用的仪器和方法也不同，主要
有以下几种方式：
1 野外数据采集；
2 原图数据采集；
3 数字摄影测量；
所以，广义的数字测图系统应该如下图：采集地形数据输入计算机，由机内的成图软件进行处理、成图、显示、屏幕编辑，输出符合规程、图式要求的数字地形图。
图2 广义的数字测图系统（据高井祥等）
（二）地面数字测图模式
目前国内外数字测图主要有两种模式：
1.数字测记模式
2 电子平板测绘模式
野外测绘、实时显示，现场编辑成图。所谓电子平板测绘模式——全站仪+便携机+相应测图软件，即将全站仪。
3 基于 GPS 与 PDA 的网络测图系统原理及相关技术
3.1 系统结构
当开始作业时，先使用移动终端连接服务器并从服务器端下载地图空间数据库模板，然后测图工作开始，逐点的采集坐标点坐标，当一个要素对象采集完成后，需要填写新生成对象的属性信息，然后保存在终端的数据缓存中，结束作业时将新生成的数据发回服务器端数据库，系统总体物理结构（如图 3.1）与逻辑结构（如图 3.2）如下：
图 3.1 系统框架物理结构
图 3.2 系统框架逻辑结构
3.2 PDA 与 GPS 的串口通讯
（1）嵌入式操作系统与 GPRS
嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上 PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。
嵌入式系统的硬件部分，包括处理器 / 微处理器、存储器及外设器件和 I/O 端口、图形控制器等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用 EPROM、EEPROM 或闪存（Flash Memory）作为存储介质。软件部分包括操作系统软件（要求实时和多任务操作）和应用程序。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序与硬件的交互作用。目前，已推出一些应用比较成功的 EOS 产品系列。
随着 Internet 技术的发展、信息家电的普及应用及 EOS 的微型化和专业化，EOS 开始从单一的弱功能向高专业化的强功能方向发展。嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。 EOS 是相对于一般作系统而言的，它除具备了一般操作系统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等外，还有以下特点：
①可装卸性。开放性、可伸缩性的体系结构。
②强实时性。 EOS 实时性一般较强，可用于各种设备控制当中。
③统一的接口。提供各种设备驱动接日。
④操作方便、简单、提供友好的图形 GUI，图形界面，追求易学易用。
⑤提供强大的网络功能，支持 TCP/IP 协议及其它协议，提供TCP／UDP／IP／PPP协议支持及统一的 MAC 访问层接口，为各种移动计算设备预留接口。
⑥强稳定性，弱交互性。嵌入式系统一旦开始运行就不需要用户过多的干预，这就要负责系统管理的 EOS 具有较强的稳定性。
⑦固化代码。在嵌入系统中，嵌入式操作系统和应用软件被固化在嵌入式系统计算机的 ROM 中。辅助存储器在嵌入式系统中很少使用，因此，嵌入式操作系统的文件管理功能应该能够很容易地拆卸，而用各种内存文件系统。
⑧更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。
（1）PDA 与 GPS 串口通讯原理
移动终端由 PDA 与 GPS 接收机组成，GPS 采集到坐标点后将坐标值传给 PDA 程序进行处理，这就需要 PDA 与 GPS 接收机之间的数据通讯功能。一般的来说，GPS 与PDA 的数据通讯是通过串口来完成的，在串行通讯中有两种基本的通讯方式：RS-232 串行通讯和 RS-485 串行通讯。 RS-485 通讯方式有较强的抗干扰能力，经常被工业中采用。
（2）系统串口通讯方法
可以通过以下几种方法实现 PDA 与 GPS 的数据传输：
①使用 Windows API 通讯函数，由于以 Windows Mobile 为操作系统的 PDA 设备具有 Windows 系统的基本函数，所以基本的 API 通讯函数可以实现数据的传输。
②在.NET 以前的环境下可以使用 MSComm 控件实现串口通信，Windows 的MSComm 控件是由 C++ 封装的可以在设备间进行数据通讯的 ActiveX 控件，串口的通讯参数都被封装在控件的属性中，要实现外部设备与 Windows 系统的通讯，只需将MSComm 控件的通讯参数属性设置为与外部设备的通讯参数相同，然后使用事件驱动方法实现串口数据的接收。
③在.NET 环境下可以使用 SerialPort 控件实现 PDA 与 GPS 的串口通讯。
4 空间数据库的设计
4.1空间数据库数据技术研究的主要内容包括以下几方面：
（1）空间数据模型；
（2）空间数据查询语言；
（3）空间数据库管理系统。
4.2 利用 CASE 工具进行空间数据库结构的设计
根据 1：500 1：1000 1：2000 地形图图式测绘标准与空间数据库的相关理论，将空间数据库分为 9 个要素集，23 个要素层，要素分类编码按照标准中的规定执行，以下为主要要素集与要素层的具体设计：
1 ．主要要素集，要素集主要使用 UML 模板提供的包来设计，在设计时将包的构造类型设置为 Feature Dataset 。要素集主要有测量控制点、居民地及附属设施、工矿建筑物及建设用地、交通及附属设施、管线及附属设施、水系及附属设施、境界、地貌与土质、植被 9 个大类。
2. 要素层，要素层使用以 ESRI 提供的 UML 模板中的 Feature 类作为父类，以 Visio的 UML 提供的类作为子类来构造。 要素层的分类依据 9 个要素集分为 23 层。
5 总结
嵌入式计算机技术的不断提高，基于 PDA 的数字测图系统已在空间数据采集工作中开始起步，我们相信随着地理信息技术及发展，今后的数字测图系统的设计思想将会完全的面向地理空间信息对象，即完全的 GIS 数据采集系统，采集的数据也不仅是地理空间信息的图形数据和属性数据，更有可能的是根据需要而采集其他的数据类型，例如：视频数据、音频数据等比较感性的多媒体数据。
我们可以完全预见到今后处
于无线网络环境下的基于嵌入式计算机的 GIS 产品将会大量涌向我们的日常生活，大体可以分为以下两类：
（1）GIS 服务类，就是在嵌入式计算机内添加 GPS 模块，使得此类产品不光有通讯功能，而且还具有娱乐功能、个人导航以及基于网络 GIS 的服务功能，GIS 服务可以分为专业服务与大众服务，专业服务主要包含数据管理与转化服务，地理处理服务、专题分析服务等。大众服务包含一些常用的位置查询，如商业点、医疗点、公共服务区查询等。
（2）GIS 数据采集类，这种基于微型计算机与 GPS 的移动 GIS 数据采集终端，将会大大的减轻 GIS 数据采集工作人员的劳动力，GIS 数据采集人员不需要背着沉重的仪器到处奔波，更不需要带什么尺杆之类的东西，只需一个人带着轻便的移动终端在数据采集点站立几秒钟，按几下按钮就会完成 GIS 数据采集的工作，而在这中间，几乎所有的工作都是由嵌入式计算机与 GPS 通过无线通讯网络来自动完成。
总之，基于嵌入式计算机、GPS 与无线网络通讯的轻便的、快捷的、高精度的野外地理信息数据采集系统或移动 GIS 服务终端系统的发展趋势是不可改变的。
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论文作者:李嘉文,倪子照
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/7
标签：数字论文; 系统论文; 数据论文; 数据采集论文; 空间论文; 通讯论文; 野外论文; 《基层建设》2016年6期论文;